Linux-I/O模型
# Linux-I/O模型
Linux的内核将所有外部设备都看做一个文件来操作,对一个文件的读写操作会调用内核提供的系统命令,返回一个file descriptor(fd,文件描述符)。而对一个socket的读写也会有相应的描述符,称为socketfd(socket描述符),描述符就是一个数字,它指向内核中的一个结构体(文件路径,数据区等一些属性)
# 1、阻塞I/O
阻塞的文件描述符称之为阻塞I/O
对于阻塞IO的系统调用可能因为无法立即完成而被操作系统挂起,直到等待的事件发生为止
比如客户端通过connect向服务器发起连接时,connect首先发送同步报文给服务器,然后等待服务器的返回确认报文段,如果服务器没有立即返回报文段,则connect调用将会被挂起,直到客户端收到确认报文段并唤醒connect调用
# 2、非阻塞I/O
非阻塞的文件描述符称之为非阻塞I/O
对于非阻塞IO的调用总是立即返回,而不管事件是否发生。
如果事件没有发生,就返回-1(和出错的情况一样),这时必须根据errno来区分这两种情况。
对于accept、send、recv来说,事件未发生时errno通常被设置为EAGAIN(再来一次)或者EWOULDBLOCK(期望阻塞);对于connect来说,errno被设置为EINPROGRESS(处理中)
只有在事件已经发生时操作非阻塞I/O才能提高程序的效率,所以非阻塞I/O通常和其它I/O通知机制一起使用(比如I/O复用和SIGIO信号)
总结:
同步I/O模型要求用户代码自行执行I/O操作(将数据从内核缓冲区读入用户缓冲区 或者 将数据从用户缓冲区写入内核缓冲区)
异步I/O模型则由内核来执行I/O操作(数据从内核缓冲区到用户缓冲区之间的移动是内核在“后台”完成的)
同步I/O向应用程序通知的是I/O就绪事件
异步I/O向应用程序通知的是I/O完成事件
# 3、I/O复用模型
Linux提供select/poll,进程通过将一个或多个fd传递给select或poll系统调用,阻塞在select操作上,这样select/poll可以帮我们侦测多个fd是否处于就绪状态。select/poll是顺序扫描fd是否就绪,而且支持的fd数量有限,因此它的使用受到了一些制约。Linux还提供了一个epoll系统调用,epoll使用基于事件驱动方式代替顺序扫描,因此性能更高。当有fd就绪时,立即回调函数rollback
# 4、信号驱动I/O模型
首先开启套接口信号驱动I/O功能,并通过系统调用sigaction执行一个信号处理函数(此系统调用立即返回,进程继续工作,它是非阻塞的)。当数据准备就绪时,就为该进程生成一个SIGIO信号,通过信号回调通知应用程序调用recvfrom来读取数据,并通知主循环函数处理数据
# 5、异步I/O
告知内核启动某个操作,并让内核在整个操作完成后(包括将数据从内核复制到用户自己的缓冲区)通知我们。
这种模型与信号驱动模型的主要区别是:信号驱动I/O由内核通知我们何时可以开始一个I/O操作;异步I/O模型由内核通知我们I/O操作何时已经完成